Virvlande av vatten vid tömning

Virvlande av vatten vid tömning
Refererar till hydrodynamik

Virvlande av vatten under ett avlopp  är ett "faktum" baserat på observationen av vattnets rörelse i en bubbelpool som uppstår när det rinner in i avloppshålet i ett handfat eller badkar. Det finns en utbredd uppfattning att vatten virvlar i olika riktningar på jordens södra och norra halvklot , vilket förklaras av jordens rotation och verkan av Corioliskraften .

Enligt vissa missuppfattningar skulle en person som till exempel befinner sig i en duschkabin på ett sjöfartyg, genom att ändra vattnets rotationsriktning vid tömning, påstås kunna bestämma fartygets korsning av ekvatorn . Kritiker av detta uttalande hävdar att på både södra och norra halvklotet kan en tratt i ett vanligt handfat vrida sig både medurs och moturs, beroende på geometrin hos flödena i vätskan, de individuella egenskaperna hos geometrin för ett visst bad, och strukturen på dess yta (till exempel grovhet ) och konfigurationen av avloppssystemet. De förklarar detta med att Rossby-talet är för högt för detta fenomen, det vill säga omfattningen av fenomenet är för liten för att påverkas avsevärt av Coriolis-effekten.

I praktiken visar sig effekten endast i noggrant planerade experiment utförda långt från ekvatorn, som använder strikt symmetriska kärl, många timmars vätskeavsättning före mätning och kontroll av yttre förhållanden (temperaturstabilitet och frånvaro av luftflöden). [ett]

Laboratorieexperiment

I laboratorieexperiment , där speciella försiktighetsåtgärder vidtogs för att utesluta oavsiktliga störningar (symmetrin i kärlets form upprätthölls strikt, vätskan satte sig länge innan den dränerades, effekten av luftströmmar förhindrades), bekräftades det. [2] [3] att, som på norra [4] [5] [6] och på södra [7] halvklotet, mottar vätskan den rotation som teorin förutsäger. Filmning av ett av dessa experiment ingick i en serie träningsfilmer för vätskemekanik som producerats av National Fluid Mechanics Film Committee [8] . I vissa experiment [9] observerades en förändring i vätskerotationsriktningen när vätskeytan närmade sig kärlets botten.

Experiment hemma

För experiment hemma (tömning av vatten från badet ) är experimentdata annorlunda. Det finns en observation att man under idealiska förhållanden, med vederbörlig försiktighet och lämpliga förberedelser, kan observera effekten av vridning, endast på grund av Corioliskraften, och hemma [10]  - på norra halvklotet kommer vattnet att snurra moturs, och i den södra - medurs, men artikeltexten ger inte bevis för att experimentet utfördes för flera bad, så rotationsriktningen kan bero på den slumpmässiga asymmetrin hos ett visst kärl.

Den välkända läroboken om hydrodynamik av Milne-Thomson säger att rotationsriktningen beror på vattnets temperatur [11] , även om denna observation kan bero på att badet fylldes med varmt och kallt vatten genom olika kranar. , vilket kan leda till små initiala vändningar i olika riktningar.

Det finns rapporter om direkta experimentella bevis på frånvaron av en dominerande vridningsriktning för utflödet från bad [12] [13] . Dessutom, till förmån för lika sannolikhet för vänster och höger vridning för ett stort antal bad, experiment med utflöde av vätska från kärl med en ojämn grad av grovhet av enskilda sektioner av botten och väggar och en asymmetrisk placering av avloppshålet [14] , såväl som experiment på att modellera ett liknande fenomen - genereringen av stigande luftvirvlar under uppvärmning av den underliggande ytan [15] .

Instabilitetens roll för att bestämma riktningen

Det finns också en åsikt att det i experimentet är omöjligt att observera effekten av vridning, endast på grund av Corioliskraften, eftersom vid vissa Reynolds-tal uppstår alltid instabilitet i det axiella flödet [16] , vilket leder till att det uppstår medurs eller moturs rotation med lika sannolikhet .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Kan någon äntligen lösa denna fråga: snurrar vatten som rinner ner i ett avlopp i olika riktningar beroende på vilket halvklot du befinner dig i? Och i så fall varför? Arkiverad 17 december 2014 på Wayback Machine // SciAm , 2001: "Även i ett badkar som har ett perfekt symmetriskt avlopp kommer cirkulationsriktningen främst att påverkas av eventuella restströmmar i badkaret som blivit över från den tidpunkt då det fylldes. "Det kan ta mer än en dag för sådana restströmmar att avta helt.
  2. ↑ Brev till redaktör  // Am. J. Phys .. - 1994. - T. 62 , nr 12 . - S. 1063 . Arkiverad från originalet den 20 juli 2013.
  3. ↑ Walker J. Fysiska fyrverkerier. - M .: Mir, 1988. - S. 98, 215-216. — 298 sid.
  4. ↑ Turmlitz O. Ein neuerphysikalischer Beweis der Achsendrehung der Erde // SBAkad. Wiss. Wein, Abt. IIa. - 1908. - T. 117 . - S. 819 .
  5. ↑ Shapiro A.H. Buth-tub vortex  // Nature. - 1962. - T. 196 . - S. 1080-1081 .
  6. ↑ Binnie A.M. Några experiment på badkarsvirveln // J. Mech. Eng. Sci .. - 1964. - T. 6 . - S. 256-257 .
  7. ↑ Trefethen LM, Bilger RW, Fink PT, Luxton RE, Tanner RI The Bath-Tub Vortex in the Southern Hemisphere  // Nature. - 1965. - T. 207 , nr. 5001 . - S. 1084-1085 .
  8. ↑ National Committee for Fluid Mechanics Films (NCFMF) Arkiverad 21 oktober 2016 på Wayback Machine . Kommentarer i filmens metodguide: Shapiro AH Filmanteckningar för "Vorticity" . - 1969. - S. 5-6. - 12 s.
  9. ↑ Sibulkin M. A not on the bathtub vortex // Journal of Fluid Mechanics. - 1962. - T. 14 . - S. 21-24 .
  10. ↑ Surdin V. Vann och Baers lag  // Kvant . - 2003. - Nr 3 . - S. 12-14 .
  11. ↑ "Då och då finns det en diskussion om huruvida rotationsriktningen för virveln, som ofta kan observeras när vatten rinner ut ur badet, är olika på jordens norra och södra halvklot. Det är lätt att experimentellt verifiera att valfri rotationsriktning för denna virvel kan erhållas, beroende på om badet är fyllt med varmt eller kallt vatten. I varmt och kallt vatten som rör sig nära gränsen uppstår virvlar i motsatt riktning ”( Milne-Thomson L. M. Theoretical hydrodynamics . - M .: Mir, 1964. - P. 534. - 656 s. ).
  12. ↑ "För att försäkra mig om detta organiserade jag för två år sedan tillsammans med läsarna av en av våra populärvetenskapliga tidskrifter en kollektiv verifiering av Acads uttalande. D. Grav. Var och en av deltagarna i detta arbete fick spåra ett dussin gånger i vilken riktning tratten roterar, som bildas när vatten rinner ut ur badkaret, tvättstället och liknande tankar, och skicka ett meddelande till mig hur många gånger av tio fall roterar moturs var observerad. Även om ett relativt litet antal läsare deltog i frågeformuläret, kunde man, genom att jämföra det mottagna materialet, dra slutsatsen att dominansen av rotation i motsols riktning inte märktes ”( Perelman Ya. I. Kan du fysik? . - M . : Nauka, 1992. - S. 92. - 272 s. - ISBN 5-02-014446-0 . ).
  13. ↑ Det finns en rapport (som kan vara en del av vetenskaplig folklore) att den berömda hydrodynamikern G. Yu. Stepanov kontaktade ett stort antal av sina kollegor och bad dem att bestämma rotationsriktningen för tratten i deras bad. Det angavs att antalet bad med vänster och höger rotation av trattarna var ungefär detsamma.
  14. ↑ Karlikov V. P. , Rozin A. V., Tolokonnikov S. L. Om problemet med trattbildning under utflödet av vätskor från kärl  // Izvestiya RAN. Mekanik för vätska och gas. - 2008. - Nr 3 . - S. 140-151 .
  15. ↑ "Flera upprepningar av experiment i olika lägen gjorde att [sic] kunde dra följande slutsatser. <…> Ingen föredragen rotationsriktning för de observerade virvlarna hittades." ( Varaksin A. Yu., Romash M. E., Kopeitsev V. N. Tornado. - M . : Fizmatlit, 2011. - S. 236. - 344 s. )
  16. ↑ T. Kawakubo, Y. Tsuchiya, M. Sugaya, K. Matsumura. Bildning av en virvel runt en sänka: en slags fasövergång i ett öppet system i icke-jämvikt // Phys. Lett.. - 1978. - Nr 68A . - S. 65 .